Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Zdroje, zdroje a zase zdroje

číslo 10/2002

Napájecí zdroje napětí

Zdroje, zdroje a zase zdroje

Miroslav Bulka, Diametral spol. s r. o.

Kvalitní napájecí zdroj je základním prvkem každé profesionální a radioamatérské dílny. Tento článek si neklade za cíl do hloubky analyzovat problematiku napájecích zdrojů, ale má ukázat, že i v České republice lze vyrábět hodnotné výrobky, v některých parametrech mnohdy lepší než dovezené.

Obr. 1.

Napájecí zdroje lze rozdělit do dvou základních skupin:

  • stejnosměrné,
  • střídavé.

Základní skupina stejnosměrných zdrojů se dále člení na:

  • laboratorní regulovatelné – jsou určeny pro napájení náročných aplikací v laboratořích a v průmyslu pro opraváře,
  • regulovatelné – jsou určeny pro napájení nenáročných aplikací, pro školy a začínající amatéry,
  • pevné – jsou určeny pro napájení zařízení s pevným napětím; v této kategorii jsou zastoupeny také zdroje pro CB – citizen band, pásmo občanských radiostanic.

Základní skupina střídavých zdrojů se dále člení na:

  • laboratorní regulovatelné,
  • stabilizované,
  • pevné.
Obr. 2.

Stejnosměrné laboratorní zdroje

V této kategorii jsou již technické veřejnosti známé zdroje typové řady P a V. Jedná se o zdroje, které jsou schopny trvale dodat do zátěže 4 A (řada P) nebo 10 A (řada V). Typové označení těchto zdrojů je P230R51D (obr. 1), P130R51D (obr. 2) a V130R50D (obr. 3). Jsou vybaveny plynulou regulací napětí v rozsahu 0 až 30 V s možností nastavit omezení proudu od 0,1 do 4 A (10 A model V130R50D). Typ P230R51D je vybaven dvěma těmito zdroji. Modelová řada P navíc disponuje pevným zdrojem napětí 5 V/3 A. Napětí se nastavuje dvěma potenciometry: „hrubě“ a „jemně“, proud se nastavuje jedním potenciometrem. Regulovatelná část zdroje obsahuje samostatné měřicí přístroje pro napětí i pro proud. Omezení proudu je indikováno blikající desetinnou tečkou na příslušném proudovém měřicím přístroji a přerušovaným zvukovým signálem, který lze vypnout. Výstupy jednotlivých zdrojů jsou ovládány samostatným tlačítkem s kontrolkou. Díky tomu není třeba při práci vypínat celý laboratorní zdroj.

Model P230R51D je navíc vybaven tlačítkem pro spojení regulovatelných zdrojů do jednoho symetrického zdroje. Tak lze vytvořit symetrický zdroj s napětím –30 až +30 V nebo zdroj 0 až 60 V.

Proti tepelnému přetížení jsou všechny typy vybaveny čidlem teploty a ventilátorem, který v případě potřeby ochladí výkonové prvky na přijatelnou hodnotu.

Obr. 3.

Transformátory jsou dostatečně dimenzovány pro trvalou dodávku maximálního výkonu do zátěže. Jejich vinutí je uzpůsobeno pro minimální vyzařování elektromagnetického pole.

Oproti jiným typům laboratorních zdrojů jsou vybaveny mnoha dalšími užitečnými funkcemi, které zpříjemňují práci. Mezi ně patří opožděné přivedení napětí na výstupní svorky a kontrola ventilátoru po zapnutí síťového napětí, zvuková signalizace atd.

Výstupní parametry
U laboratorního zdroje zajímá techniky mimo jiné výstupní zvlnění a odezva na změnu zátěže. Tyto údaje jsou zobrazeny na obr. 4 a, b.

Konstrukční řešení
Celá elektronika je vsazena do kovového šasi s povrchovou úpravou materiálem Comaxit. Aby se předešlo zbytečnému vzájemnému ohřívání jednotlivých komponent, je elektronika rozdělena na tři desky plošných spojů:

  1. měřicí a ovládací deska,
  2. řídicí deska stabilizace,
  3. deska výkonových prvků s chladiči.

Proti zbytečnému vyzařování ztrátového výkonu do chladičů je řídicí elektronika vybavena logikou, která přepíná odbočky vinutí na transformátoru podle požadovaného výstupního napětí.

Měřicí přístroje jsou řešeny pomocí obvodu ICL7107. Aby bylo zajištěno galvanické oddělení jednotlivých výstupů, jsou jednotlivé měřicí přístroje napájeny samostatně.

Obr. 4.

Stabilizované regulovatelné zdroje
Tato kategorie je určena především pro napájení nenáročných aplikací, pro začínající radioamatéry, školy atd. Typickým zástupcem těchto zdrojů je typ R124R50E.

Regulovatelný stabilizovaný zdroj R124-R50E je vybaven jedním plynule regulovatelným zdrojem napětí v rozsahu 0,9 až 24 V s možností nastavit omezení proudu od 0 do 2 A. Je vybaven jedním digitálním displejem LED, který může zobrazovat napětí nebo proud v závislosti na poloze přepínacího tlačítka. Výstupní napětí lze regulovat potenciometry „hrubě“ a „jemně“, požadovaný proud se nastavuje jedním potenciometrem. Omezení proudu je indikováno kontrolkou LED. Přítomnost napětí na výstupu je signalizována kontrolkou LED. Stabilizovaný regulovatelný zdroj R124R50E je pro případ tepelného přetížení vybaven tepelnou pojistkou, která v případě nutnosti odpojí výstupní napětí od zátěže. Po vychladnutí je napětí na výstup opět připojeno.

Konstrukční řešení
Řídicí elektronika je založena na známém obvodu IO LM723, jeho výstup je posílen dvěma výkonovými tranzistory. K měření je využíván stejný způsob jako u laboratorních zdrojů. Z ekonomických důvodů je použit pouze jeden měřicí přístroj, tlačítkem se přepíná druh jeho provozu. I u tohoto typu je z důvodu omezení výkonových ztrát vložena funkce přepínání odboček vinutí transformátoru. Celá elektronika je vsazena do kovového šasi s povrchovou úpravou materiálem Comaxit.

Střídavé zdroje

Obr. 5.

Neodmyslitelným zástupcem této skupiny je typ AC250K1D a AC250K1D–S (stabilizovaný – obr. 5). Jedná se o procesorem řízený střídavý zdroj s výstupním napětím 0 až 255 V při maximálním proudovém odběru 1 A. Základní částí celého zdroje je mikroprocesor firmy Microchip PIC-16C63, který obstarává všechny funkce zdroje, včetně měření. Aby bylo zaručeno galvanické oddělení jednotlivých částí zdroje, je jako izolační prvek v měřicí části použit izolační digitální patnáctibitový optoelektronický člen firmy Hewlett Packard HCPL7860. Tento optočlen používá modulaci sigma-delta, čímž je zajištěna linearita převodu.

Výstupní napětí zdroje se získává transformací síťového napětí 230 V/50 Hz odděleným toroidním transformátorem. Díky tomu má výstupní napětí čistý sinusový průběh o kmitočtu 50 Hz. Minimální změna napětí je 1 V. Proti proudovému přetížení je výstup zdroje vybaven tavnou přístrojovou pojistkou T250V/1,6 A.

Zdroj je ovládán z klávesnice umístěné na čelním panelu přístroje nebo s využitím osobního počítače. Zdroj je vybaven rozhraním RS-232. Dodávaným softwarem D-view jej lze řídit z počítače. Nastavená a změřená hodnota napětí se zobrazují na samostatných třímístných displejích LED.

Popis funkce
Po zapnutí síťového vypínače se na všech displejích zobrazí číslice 888 a na výstup zdroje není přivedeno žádné napětí. Po dvou sekundách od zapnutí síťového vypínače je zdroj připraven k použití, aktivují se všechny funkce zdroje, což je indikováno krátkým akustickým signálem, a výstupní napětí se automaticky nastaví na 0 V. Při stisknutí jednoho z tlačítek 0 až 9 se na displeji zobrazí zvolená hodnota a zároveň se rozbliká červená kontrolka SET, která signalizuje režim nastavování výstupního napětí. Nastavená hodnota se potvrdí zmáčknutím tlačítka ENTER, dioda LED přestane blikat a na výstup, je-li zapnut, se přivede požadované napětí. Špatně zvolený údaj lze opravit tlačítkem CLEAR, ještě před potvrzením tlačítkem ENTER. Zapnutí výstupu je indikováno červenou kontrolkou OUT. Požadované napětí lze změnit také tlačítky UP a DOWN. Při jejich zmáčknutí se ihned snižuje či zvyšuje napětí po 1 V. Zmáčknutí jakéhokoliv tlačítka je signalizováno krátkým „pípnutím“.

Program D-view je užitečný nástroj pro řízení střídavého zdroje z osobního počítače. Zadáním hodnoty přímo z klávesnice se po potvrzení tlačítkem ENTER nastaví zdroj na požadované napětí. Lze si také předdefinovat hodnotu napětí na „horké“ klávesy a pouhým stiskem klávesy F1 až F10 na zdroji nastavit požadované napětí. Je samozřejmostí, že na obrazovce monitoru lze číst i hodnotu reálného napětí na výstupu zdroje. „Třešinkou na pomyslném dortíku“ je programování procesů událostí, které má střídavý zdroj vykonávat. Díky této funkci si obsluha může nastavit průběh testování připojeného zařízení ke zdroji. Obr. 6. Do procesu událostí se vlastně programuje doba, po kterou má být zvolené napětí aktivní. Tak lze naprogramovat neomezený sled napětí v různých časových intervalech. Nejmenší interval může být 1 s.

Příklad:
krok čas napětí
1 20 s 230 V
2 10 s 255 V
3 40 s 180 V

Po startu procesu bude na dobu 20 s nastaveno napětí 230 V, dále na dobu 10 s napětí 255 V a poté na dobu 40 s napětí 180 V.

Všechny údaje o průběhu procesu jsou zaznamenány do samostatného souboru – protokolu ve formátu: datum, čas, požadovaná hodnota, změřená hodnota. S protokolem lze dále pracovat, tzn. prohlížet si jej, vpisovat do hlavičky komentář a tisknout. Naprogramovaný proces i vytvořený protokol lze uložit na pevný disk PC a údaje zpracovávat později. Vyobrazení D-view je na obr. 6.

Bližší informace mohou zájemci získat na adrese: www.diametral.cz